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圓柱分度凸輪機構(gòu)的分析與設(shè)計
【摘 要】如何分析圓柱分度機構(gòu)。
【關(guān)鍵詞】分度盤；圓柱凸輪
根據(jù)機構(gòu)運動分配圖所確定的原始數(shù)據(jù)，分別設(shè)計各組獨立的執(zhí)行機構(gòu)。進(jìn)行凸輪機構(gòu)尺寸設(shè)計時，通常需完成以下過程。
1.凸輪機構(gòu)選型
在設(shè)計計算凸輪幾何參數(shù)前，要先確定采用何種形式的凸輪機構(gòu)，其中包括凸輪的幾何形狀、從動件的幾何形狀、從動件的運動方式、從動件和凸輪輪廓維持接觸的方式等。選型設(shè)計的靈活性很強，同一工作要求可以由多種不同的凸輪機構(gòu)類型來實現(xiàn)：
（1）從動件的運動方式可以與執(zhí)行機構(gòu)的運動方式相同，也可以不同。他們之間可通過適當(dāng)?shù)膫鲃訖C構(gòu)進(jìn)行變換，即移動變?yōu)閿[動，或者擺動變?yōu)橐苿印?/p>
（2）凸輪的幾何形狀（平面的或空間的）選擇要考慮到它在機床中的安裝位置，目的是盡量簡化由從動件至執(zhí)行機構(gòu)之間的傳動機構(gòu)。
（3）平面凸輪機構(gòu)可用各種形式的從動件，即尖底、滾子或平底的，而空間凸輪機構(gòu)中通常只能采用滾子從動件。
2.計算從動件的主要運動參數(shù)
根據(jù)執(zhí)行構(gòu)件的運動要求計算出凸輪機構(gòu)的從動件行程（最大位移量或最大旋轉(zhuǎn)角度）。對于執(zhí)行構(gòu)件與凸輪機構(gòu)的從動件固定連接的情況，運動要求是一致的。對于執(zhí)行構(gòu)件與凸輪機構(gòu)的從動件兩者之間還具有運動傳遞機構(gòu)的情況，則需要采用機構(gòu)位置分析方法進(jìn)行計算。如果執(zhí)行機構(gòu)件在運動過程中有一個或數(shù)個駐點位置需要保證與其它執(zhí)行構(gòu)件的運動協(xié)調(diào)關(guān)系，則也需計算出與這些駐點對應(yīng)的從動件位置參數(shù)。
3.確定從動件的運動規(guī)律
從動件在整個運動范圍內(nèi)的運動特性，諸如位移、轉(zhuǎn)角、速度等（有駐點要求時還包括通過駐點位置時的運動特性），是與執(zhí)行構(gòu)件工作特性密切相關(guān)的，也與所選定的凸輪機構(gòu)的類型之間存在一定制約因素。因此，在確定從動件的運動規(guī)律時需要分析各種有關(guān)的影響因素。
4.凸輪機構(gòu)的基本尺寸設(shè)計
凸輪機構(gòu)的基本尺寸主要受兩種矛盾因素的制約。如果基本尺寸較大，則相應(yīng)的機構(gòu)總體尺寸較大，造成原材料和加工工時的浪費、機器尺寸過大；而基本尺寸太小，會造成運動失真、機構(gòu)自鎖、強度不足等不良后果。機構(gòu)的基本尺寸設(shè)計是要尋求合理的機構(gòu)尺寸，使之能夠兼顧矛盾的兩個方面。
5.凸輪機構(gòu)的凸輪輪廓設(shè)計
基于凸輪機構(gòu)的基本尺寸和從動件的運動規(guī)律，即可求的凸輪的輪廓曲線坐標(biāo)。當(dāng)凸輪機構(gòu)運動速度較高或凸輪機構(gòu)中構(gòu)件剛性較小時，構(gòu)件的彈性變形將對從動件的實際運動特性產(chǎn)生明顯的影響。對于此類情況，必須對所設(shè)計的凸輪機構(gòu)按高速凸輪機構(gòu)的特性進(jìn)行分析和設(shè)計。
圓柱分度凸輪機構(gòu)的設(shè)計如圖1所示。圖2中給出圓柱分度凸輪機構(gòu)的設(shè)計的展開圖。分度盤的分度運動和靜止都是由圓柱分度凸輪上的凸緣兩個工作側(cè)面控制：分度運動時凸緣控制主滾子2和后續(xù)滾子3，當(dāng)分度運動結(jié)束時，主滾子2到達(dá)前導(dǎo)滾子1的位置，而后續(xù)滾子3則到達(dá)主滾子1的位置；靜止時主滾子2和前導(dǎo)滾子1受y值不變的凸緣工作側(cè)面控制，使分度盤固定不動。為了確保分度盤從靜止向分度運動平穩(wěn)過渡，在凸緣的左端設(shè)置一段休止期輪廓的延伸量，使休止期結(jié)束前工作滾子平穩(wěn)的從主滾子2和前導(dǎo)滾子1過渡為主滾子2和后續(xù)滾子3。
為了控制理論計算誤差，凸輪機構(gòu)的中心距可設(shè)置為：
a=L（1+cosψ） （1）
凸輪的展開輪廓曲線坐標(biāo)可按主滾子2和后續(xù)滾子3進(jìn)行計算。
主滾子2：
分度運動理論坐標(biāo)為：
式中，φ∈[0，?]，ψ=ψ（φ）根據(jù)選定的分度運算規(guī)律計算確定。
分度運動實際輪廓坐標(biāo)為：
式中，R是分度盤滾子半徑，a2是機構(gòu)的壓力角，由圖2可得
由于P點是凸輪與分度盤的速度瞬心，因此得：
式中，R為凸輪分度圓柱面半徑，dψdφ=dψdφ（φ）為分度盤的類角速度。
后續(xù)滾子3：
分度運動理論輪廓坐標(biāo)為：
分度運動實際輪廓坐標(biāo)為：
式中，Rr是分度盤滾子半徑，a是機構(gòu)的壓力角，由圖2可得。
由于速度瞬心P點位置不變，因此得：
凸輪基圓半徑按許用壓力角條件選用。由于機構(gòu)不存在回程期，dψdφ恒為正值，由式（4）、（5）得條件式。
分度盤靜止區(qū)段所對應(yīng)的凸輪輪廓是環(huán)狀的圓弧段，展開輪廓坐標(biāo)可按前導(dǎo)滾子1和主滾子2的位置確定。
前導(dǎo)滾子1：
理論輪廓坐標(biāo)為：
實際輪廓坐標(biāo)為：
如上所述，為了使分度盤平穩(wěn)地從靜止過渡到分度運動，在凸緣的左邊即分度運動的始端需要延伸一段休止期輪廓。該段延伸的休止期輪廓所占的凸輪回轉(zhuǎn)角約為（0.2-0.3）?s，所對應(yīng)的輪廓坐標(biāo)可按主滾子2和后續(xù)滾子3計算。
主滾子2：
理論輪廓坐標(biāo)為：
實際輪廓坐標(biāo)為：
理論輪廓坐標(biāo)為：
實際輪廓坐標(biāo)為：
為了使主滾子2和后續(xù)滾子3順利滑入延伸段凸緣，宜將凸緣的端部適當(dāng)修薄。
凸緣式圓柱凸輪機構(gòu)動靜比可根據(jù)工作要求確定，不受機構(gòu)自身特點的限制，而且控制分度運動的凸輪輪廓曲線可根據(jù)運動特性要求設(shè)計，實現(xiàn)高速運轉(zhuǎn)條件下地起步和停步。
【參考文獻(xiàn)】
[1]凸輪機構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用創(chuàng)新.機械工業(yè)出版社.
[2]機械設(shè)計通用手冊——機械工業(yè)出版社.
[3]重型機床設(shè)計與計算——北京工業(yè)大學(xué)出版社.
[4]新編機械設(shè)計實用手冊——學(xué)苑出版社.
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